De nombreuses fonderies d'aluminium cherchent aujourd'hui à augmenter leurs volumes de production, à respecter des normes de qualité plus strictes et à adopter des pratiques plus durables. Souvent, les étapes de la manipulation du métal en fusion sont gérées séparément, ce qui peut entraîner une augmentation des rebuts, des risques pour la sécurité et des retards d'intervention. En regroupant les capteurs de niveau, les actionneurs de contrôle de débit et un système de contrôle commun au sein d'une configuration unique basée sur les données, les fonderies peuvent améliorer la cohérence globale, protéger les travailleurs et rationaliser le parcours entre le four et le moule. Gränges, à Finspång, en Suède, illustre comment ces idées peuvent déboucher sur des résultats solides et positifs.
Harmonisation du processus de moulage DC
Dans un processus classique de coulée à refroidissement direct pour les billettes d'extrusion ou les brames de laminage, l'aluminium fondu est acheminé du four vers les goulottes avant d'entrer dans les moules. Lorsque ces étapes ne sont pas coordonnées, de légers écarts dans les niveaux de métal peuvent entraîner un débordement ou un sous-remplissage des goulottes, ce qui provoque des défauts de surface et des arrêts de production. En reliant les équipements au sein d'un environnement connecté à l'aide de capteurs de niveau et d'actionneurs de débit, les fonderies peuvent résoudre la plupart des problèmes en une seule fois. Si un capteur détecte un pic de niveau dans la goulotte ou le moule, un actionneur ajuste le débit avant qu'un débordement ne se produise. Des dispositifs anti-débordement servent de mesure de sécurité finale en cas d'événement imprévu, permettant aux opérateurs de travailler en toute sécurité tandis que la production se déroule sans heurts.
Capteurs laser et inductifs pour des mesures fiables
Une surveillance précise du niveau du métal en fusion est essentielle. Les capteurs à triangulation laser résistent à la chaleur intense et aux surfaces réfléchissantes dans les zones ouvertes ou semi-ouvertes, fournissant des mesures en continu sans contact physique. Les capteurs inductifs sont particulièrement efficaces dans les fours fermés ou sous pression, où un laser pourrait rencontrer des difficultés. Ces deux types de capteurs transmettent les données à un système de contrôle qui alerte les opérateurs uniquement lorsque les valeurs dépassent les seuils définis. Les données en temps réel permettent de maintenir un taux de remplissage stable, limitant ainsi l'oxydation et les risques de fissures dans le produit solidifié.
Contrôle automatisé du débit à l'aide d'actionneurs
Les capteurs ne suffisent pas à eux seuls à maintenir une coulée stable s'il n'existe aucun moyen rapide de réguler le débit du métal en fusion. Des actionneurs motorisés remplissent cette fonction, en ouvrant ou en fermant les becs, les tiges d'arrêt ou les vannes en réponse aux données des capteurs. Si le niveau dans le moule augmente trop rapidement, un actionneur ralentit l'écoulement. Si le niveau baisse, il rouvre suffisamment pour stabiliser le processus. Cette réaction immédiate évite aux opérateurs de devoir rester près du métal en fusion. Sur plusieurs heures de coulée, un remplissage plus équilibré réduit les défauts tels que la porosité ou les remplissages incomplets qui, autrement, entraîneraient une refonte ou la mise au rebut.
Les dispositifs anti-débordement empêchent les déversements
Même les lignes bien réglées peuvent subir une montée en puissance soudaine en cas de défaillance d'un capteur ou de survenue d'une situation exceptionnelle. Les dispositifs anti-débordement constituent le dernier rempart de sécurité : ils détectent les hausses rapides du niveau de métal en fusion et émettent un ordre d'arrêt avant qu'un débordement important ne se produise. De tels accidents endommagent les équipements et mettent les travailleurs en danger. En reliant les dispositifs anti-débordement à d'autres équipements, le système réagit de manière globale pour protéger le processus.
Toutes les données sous un même toit
Sans interface unique, chaque poste pourrait enregistrer les données séparément, obligeant les opérateurs à comparer plusieurs relevés. Un système centralisé rassemble en un seul endroit les signaux provenant des capteurs, des actionneurs et des dispositifs de protection contre le débordement. Le personnel peut ainsi surveiller différentes zones depuis une seule console. Si les registres indiquent des pics fréquents à une certaine longueur de coulée ou des baisses de débit dans le four, les ingénieurs peuvent en identifier la cause et y remédier. Cette approche fondée sur les données favorise l'amélioration continue en permettant à l'usine de modifier les débits de remplissage ou d'ajuster les conditions du four selon les besoins.
Gränges : un exemple concret
Gränges, une entreprise suédoise qui possède des usines au Tennessee, en Arizona et en Caroline du Nord, ainsi qu’en Suède, en Pologne et en Chine, montre comment la coulée en continu intégrée peut transformer la production. Elle a recours à des capteurs laser pour surveiller les niveaux de métal en fusion, ainsi qu’à des actionneurs pour gérer automatiquement le débit. À Finspång, l'entreprise a constaté une diminution des cycles de démarrage et d'arrêt, ce qui réduit les problèmes de débordement ou de sous-remplissage. Cette évolution lui a également permis de réduire les rebuts, de limiter les approximations et d'augmenter la productivité en raccourcissant les cycles de refusion.
« La question du développement durable, autrefois relativement négligée, est aujourd’hui devenue une priorité absolue. La prise de conscience ne cesse de croître et, parallèlement, alors que nous estimons qu’il est essentiel de produire de manière plus durable, nos clients partagent cet avis. Ils exigent désormais que nous réduisions notre empreinte carbone et que nos matériaux répondent à certaines normes », explique Elin Lindfors, responsable des technologies de production à l’usine de fusion de Gränges Finspång.
« Nous évaluons en permanence notre performance en matière de développement durable à l'aune de plusieurs critères : le bien-être et la sécurité de notre personnel sur le lieu de travail, l'impact environnemental (empreinte carbone et consommation d'énergie), ainsi que l'efficacité (capacité et cadence de production). Bon nombre de nos employés travaillent chez nous depuis toujours, tandis que d'autres sont de nouveaux arrivants. Nous mettons tout en œuvre pour impliquer l'ensemble de notre personnel dans une démarche durable, pour fidéliser nos équipes et pour bâtir des équipes solides. »
Gränges considère cette automatisation comme un pilier de ses opérations quotidiennes. « Le moulage automatique occupe une place importante dans nos efforts en matière de sécurité et de développement durable. Nous avons commencé à utiliser Precimeter à cette fin vers 2006-2007. Pour nous, laisser le moulage se dérouler automatiquement fait partie du quotidien. Notre configuration nous permet d’éviter que du personnel se trouve à des endroits critiques à des moments critiques. Nous améliorons également l’efficacité de la production. De plus, former les nouveaux employés à nos systèmes avec Precimeter n’a jamais posé de problème. C’est très simple. »
Leurs résultats confirment les avantages d'une meilleure mesure du débit et d'un contrôle en temps réel.
« La productivité s'est considérablement améliorée depuis que nous utilisons les lasers Precimeter pour mesurer nos niveaux et les actionneurs pour réguler le débit. Nous avons moins de défaillances et de rejets, car nous pouvons répéter les coulées plusieurs fois. Nous bénéficions également de démarrages plus stables pour chaque coulée. »
Gränges apprécie également cette étroite collaboration. « La collaboration avec Precimeter n'a que des avantages ! C'est formidable d'avoir un fournisseur à proximité et ouvert à la coopération étroite que nous entretenons. Nous bénéficions d'un service sur site ; les délais de réponse sont rapides et l'assistance est de qualité, mais nous pouvons aussi dialoguer pour développer des solutions qui nous conviennent. Precimeter connaît très bien nos attentes et comprend les risques auxquels nous pouvons être confrontés, ce qui nous rassure de savoir que les propositions répondent à nos besoins », conclut Elin.
Des avantages dans quatre domaines clés
Une ligne de production intégrée peut apporter une valeur ajoutée à chaque étape du processus de coulée. En reliant capteurs, actionneurs et dispositifs anti-débordement au sein d'un système connecté, les fonderies peuvent renforcer les normes de sécurité, limiter leur impact environnemental, améliorer leur rentabilité et accroître leur efficacité. Cette synergie à tous les niveaux du processus de coulée permet d'obtenir un fonctionnement plus fiable, à la hauteur des exigences actuelles.
- Sécurité
Les opérateurs n'ont pas besoin de se tenir à proximité du métal en fusion, et les dispositifs anti-débordement réduisent le risque de déversements importants. Cela diminue les risques pour le personnel et réduit les temps d'arrêt. - Développement durable
Un contrôle constant permet d'éviter les rebuts et de réduire considérablement les cycles de refusion, ce qui diminue la consommation d'énergie et les émissions. Cela contribue aux efforts visant à réduire l'empreinte environnementale de la fonderie. - Rentabilité
Moins de brames ou de billettes défectueuses signifie moins d'interruptions. Des calendriers de coulée prévisibles permettent aux responsables de respecter les délais de livraison et de satisfaire les clients. - Efficacité
Les systèmes automatisés corrigent immédiatement les légers écarts, ce qui permet au personnel de se consacrer à l'amélioration des processus ou à l'analyse des données plutôt qu'à des tâches manuelles. Les données enregistrées permettent d'affiner les méthodes de coulée au fil du temps.
Une voie vers l'Industrie 4.0
Si des capteurs, des actionneurs et des dispositifs anti-débordement plus performants sont essentiels, ils ouvrent également la voie à des capacités accrues dans le cadre de l'Industrie 4.0. Une fois que les composants partagent leurs données, des analyses avancées et une automatisation partielle deviennent possibles. Les usines peuvent ainsi examiner les journaux de données pour améliorer le démarrage des coulées ou ajuster avec précision les débits pour différents alliages, sans passer par les essais et erreurs habituels. Un flux constant de données leur permet également de concevoir des algorithmes visant à minimiser les rebuts, à réduire la consommation d'énergie et à garantir une qualité constante.
Un avenir prometteur pour la fonderie d'aluminium
En combinant capteurs, actionneurs, dispositifs anti-débordement et surveillance centralisée, la coulée en continu devient plus sûre, plus écologique et plus rentable. L'expérience de Gränges montre que ces méthodes peuvent être déployées dans plusieurs sites, chacun présentant des débits et des exigences de production différents. Un processus de coulée entièrement automatisé et intégré fonctionne plus harmonieusement, protège les employés contre les dangers et fournit de manière constante des billettes ou des brames répondant à des normes élevées. Grâce à des améliorations continues fondées sur les données, les fonderies d'aluminium peuvent prospérer sur un marché qui valorise la responsabilité environnementale et l'excellence opérationnelle.
